Systemanalyse Lösungsstrategie Strom Smart Grids / Smart Metering FVS Workshop 2008, ZSW Stuttgart

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1 Systemanalyse Lösungsstrategie Strom Smart Grids / Smart Metering FVS Workshop 2008, ZSW Stuttgart Dr.-Ing. Christof Wittwer Gruppe Betriebsführung und Systemregelung Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE 1

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3 Anteil an der Stromerzeugung in D (2007) Anteil Erneuerbarer Energien an der ges. Stromerzeugung von 616 TWh 14,2% davon Photovoltaik 0,57% 3

4 Integration Herausforderung: Integration dezentraler und fluktuierender Erzeugung in das Gesamtsystem der Energieversorgung EEG (neu): Anteil Erneuerbarer Energien an der Stromversorgung bis 2020 auf mindestens 30 Prozent erhöhen KWKG (neu): Erhöhung der Stromerzeugung aus Kraft-WärmeKopplung in der Bundesrepublik Deutschland auf 25 Prozent 4

5 Energie- und Netzmanagement, Smart Grid Ausgangspunkt: Grundlegende Umgestaltung der Stromverteilnetze weg von der zentralen Struktur hin zu einer Mischung aus zentraler und dezentraler Erzeugung und Einspeisung Import/Export 110 / 220 / 380 kv Operation 10 / 20 kv 400 V 5

6 Management in Verteilnetzen ( Smart Grids ) Energiemanagement- und Betriebsführungssysteme zur Integration dezentraler Erzeuger, Speicher und Lasten Software und Hardware für Steuersysteme Management Leitzentrale 10 kv Vorhersagen Virtuelle Kraftwerksverbünde 400 V Intelligente Laststeuerung ( Demand Side Management ) Intelligente Zählersysteme, Multispartenmetering Netzdienstleistungen Energiekonzepte PV +Last Last Brenn- Betrieb stoffzelle BHKW Batterie 6

7 Energie- und Netzmanagement Herausforderungen: Integration dezentraler Erzeugung im Verteilnetzbetrieb Besondere Berücksichtigung der Erzeugungsprofile fluktuierender Erzeuger (Wind, PV usw.) Integration gekoppelter thermisch-elektrischer Systeme (BHKW) Berücksichtigung der Anforderungen aus der technischen Netzinfrastruktur (z.b. Auslastung von Netzleitungen bei hoher Einspeisung aus Photovoltaik) Import/Export 110 / 220 / 380 kv Operation 400 V 10 / 20 kv Einbeziehung von Verbrauchern als aktive Partner (zum Beispiel über dynamische Tarife) Ausnutzung der neuen Möglichkeiten der Kommunikationtechnik (Beispiel: Monitoring und Betriebsführung auch kleinerer dezentraler Lasten und Erzeuger wird möglich) Beeinflussung der Netzqualität durch verteilte Erzeuger möglich (z.b. Spannungshaltung) 7

8 Energie- und Netzmanagement Lösungen: Intelligentes Energiemanagementsystem PoMS zur optimierten Betriebsführung verteilter Komponenten im Verteilnetz erlaubt optimierten Betrieb (flexible Optimierungskriterien: ökonomisch, ökologisch, technische Kriterien ) PCU: PoMS Central Unit PIB: PoMS Interface Box PIB PCU 20 kv Steuerung Prognose 400 V PCU PV +Last Last BZ Industrie BHKW Batterie 8

9 Energie- und Netzmanagement Prognosen von Last und Erzeugung Berücksichtigung von Bezugskosten und Einspeisungsvergütung Definition der Gütekriterien Optimierungsverfahren zur Fahrplanerstellung 9

10 Energie- und Netzmanagement Voraussetzung für PoMS: Intelligente vernetzte Systeme Internet-integrierbare Embedded Systems mit frei programmierbaren Regelungssystemen Systemintegration durch Gatewayfunktionalität Einsatz auch für skalierbare Monitoringsysteme 10

11 Energie- und Netzmanagement Zeitliche Auflösung Transiente Simulation zeitlich hochaufgelöst PV sec WKA Erzeugermodelle Notwendig für optimierten Betrieb dezentraler Systeme: ms BHKW Quasistationär Lastflussanalyse Energiemanagement Betriebsführung min h Langzeit Energiebilanz Tage Modellierung und Simulation aller Komponenten und Systemebenen 11

12 Energie- und Netzmanagement Betriebsführungsassistent Erstellung und Visualisierung von Fahrplänen für dezentraler Komponenten Konkrete Anwendung: Betriebsführungsassiste nt für Betriebspersonal der Leitwarte der Badenova 12

13 Vom Smart Metering zum Smart Grid Herausforderung: Nutzung intelligenter Zähler- und Komunikationstechnologien als Schnittstelle zwischen dezentralen Erzeugern und Lasten und zentralem Netzund Energiemanagement durch EVU, Netzbetreiber und Stromhändler Multispartenansatz: Elektrizität, Wärme, Wasser Zugeschnittene Lösungen für verschiedene Verbrauchergruppen ( Privathaushalte, Gewerbe, Industrie) Standardisierte durchgängige Kommunikationslösungen (vereinheitlichte Protokolle und Schnittstellen) Einbeziehung des Nutzers (sozialwissenschaftlicher Aspekt!) 13

14 EWE Box: IP-basiertes Metering System Visualisierung über TFT-Display / Web-Portal Aktuelle Leistung (W) Energieverbrauch Strom, Gas (kwh) Kosten ( ) CO2-Emissionen Tarifsignal Echtzeitanzeige Tages-/Wochen-/Jahresübersichten Vergleiche mit Vorjahresverbräuchen Transparenz, Feed Back System für flexible Tarife 14

15 EWE Box: IP-basiertes Metering System Verbrauchsinformation Webportal 15

16 EWE Box: IP-basiertes Metering System Feldtest bei EWE wurde erfolgreich gestartet Ca 400 Systeme installiert, davon ca. 160 EWEBoxen Installation weitestgehend problemlos Plug&Play, ISE administriert Feedback durch Display, Webportal und monatliche Verbrauchsinformation funktioniert problemlos Sozialwissenschaftliche Begleitforschung: sehr positive Resonanz, viele potentielle Interessenten 16

17 Smart Metering 17

18 etelligence: eenergy Projekt EWE, Fraunhofer Allianz Modellregion Cuxhaven Konsortium mit über 20 Partnern unter Führung von EWE Förderung im Rahmen der eenergyausschreibung des BMWi 18

19 Stromspeicher im Smart Grid Herausforderung: Kompensation der Erzeugungsfluktuationen durch kostengünstige, dezentrale und gut verfügbare Speicher Quelle: -tipp.de Idee: V2G Vehicle to Grid 19

20 Plug-In Fahrzeug-Konzept Hybrid oder Nachhaltige Energieversorgung für Fahrzeuge Elektrofahrzeug Wind, Wasser, PV, Biomasse Beitrag zur Lösung des Speicherproblems der Stromnetze zunehmender Anteil erneuerbarer Energien ( 2007: 2020: 14,2% 20%) 20

21 Flottenversuch Elektromobilität (VW, EON, ) BMU-geförd. Projekt / Gesamtvol. >32 Mio / Laufz. 4 J. Entwicklung eines Hybrid-Plug-In-Fahrzeugs und FeldTests mit 20 Fahrzeugen durch VW + weit. Partner Ziel: Nutzung von Strom aus EE für die Mobilität Nutzung von Traktionsbatt. als Puffer für das Stromnetz ISE bearbeitet folgende Themen: Netzintegration: Schnittstelle Fahrzeug / Netz Energieflussmanagement stationär / mobil Smart Metering Ladekonzepte u. Ladetechnik 21

22 Fazit Ein 'Smart Grid' wird sich in Stufen entwickeln, vom Smart Metering System zur aktiven Steuerung von Netzen, dezentralen Erzeugern und Verbrauchern Das Smart Grid wird unerlässlich sein, um einen hohen Anteil von regenerativen Energiesystemen mit zeitlich fluktuierender Leistung zu integrieren e-mobility kann in Smart Grids den Bedarf an Regel- und Ausgleichenergiebereitstellung hervorragend ergänzen 22